Les piles ~ cours to all

Une application directe de la réaction redox est le phénomène des piles.

Principe général d'une pile : Transformation d'énergie chimique en énergie électrique. Nous définirons le courant comme étant un déplacement d'électrons.

A. La pile Daniell :

Deux couples sont en présence dans cette pile : Cu / Cu²⁺ (SO₄^2-) et Zn / Zn²⁺ (SO₄^2-). Le couple Cu/Cu²⁺ fera une réduction et le couple Zn/Zn²⁺ fera une oxydation.

l'oxydation se fait à l'anode (électrode négative) et la réduction se fait à la cathode (électrode positive).

Au départ, [Cu²⁺] = [SO₄^2-] et [Zn²⁺] = [SO₄^2-]

En fonctionnement, [Cu²⁺] < [SO₄^2-] et [Zn²⁺] > [SO₄^2-].

L'électrode de cuivre augmente de masse au cours du temps tandis que l'électrode de zinc va diminuer de masse au cours du temps.

Le pont salin va permettre aux ions SO₄^2-de circuler d'un berlin à l'autre, afin que l'électro neutralité soit maintenue dans chacun des berlins. Ce pont est constitué soit d'un papier mouillé avec une solution d'un sel (NaCl, KCl, ...) soit d'un pont liquide constitué de la solution saline.

Animation : Pile Daniel en fonctionnement

B. La pile Leclanché, pile saline :

Les deux couples redox de cette pile sont : MnO₂/Mn²⁺ et Zn²⁺/Zn

En fonctionnement, à la borne positive (cathode), une réaction de réduction se fait : la réduction de MnO₂ en Mn²⁺ suivant l'équation ci-dessous :

MnO₂ _(s) + 4 H⁺ _(aq) + 2e^-

Mn²⁺ _(aq) + 2 H₂O _(l)

A la borne négative, anode, c'est une réaction d'oxydation qui s'effectue :

Zn _(s)

Zn²⁺ _(aq) + 2e^-

Le gros problème de cette pile est que son "emballage" réagit ! En effet, l'enveloppe de Zinc s'amincit au cours du temps et finit par percer. La pile finit par se trouer et la solution qu'elle contient s'écoule dans l'appareil. la solution étant corrosive, elle cause des dégâts à terme à l'appareil.

C. La pile Alcaline :

Il s'agit d'une variante de la pile Leclanché. Cette pile est appelée alcaline car elle fonctionne en milieu basique (KOH).

En fonctionnement, à la borne positive (cathode), une réaction de réduction se fait : la réduction de MnO₂ en Mn²⁺ suivant l'équation ci-dessous :

MnO₂ + 2 H₂O + 2e^-

Mn(OH)₂ + 2 OH^-

A la borne négative, anode, c'est une réaction d'oxydation qui s'effectue :

Zn + 2 OH^-

Zn(OH)₂ + 2e^-

Avantages de cette pile :
Elle est plus étanche que la pile Leclanché car le zinc ne constitue plus le boîtier extérieur.
Elle a une durée de vie plus longue car elle renferme plus de MnO₂ (oxydant) et de Zn (réducteur) dans le même volume qu'une pile Leclanché.